[发明专利]基于单光子的不要求经典通信者具备测量能力的半量子对话方法

摘要

本发明提出一种基于单光子的不要求经典通信者具备测量能力的半量子对话方法，实现一个量子通信者和一个经典通信者之间的双向通信。针对外在Eve的主动攻击的安全性是由经典通信者的置乱操作、现有半量子密钥分配方法的完全鲁棒性以及经典一次一密加密来保证。量子通信者对每两个相邻信息单光子的经典基测量使得她与经典通信者共享它们的初态，从而使本发明的方法能够克服信息泄露问题。本发明的方法相比于传统无信息泄露量子对话方法的优势在于它只要求一个通信者具备量子能力。与现有半量子对话方法相比，本发明方法的优势在于采用单光子而非两光子纠缠态作为量子载体。本发明的方法目前具有良好的实际可执行性。

主权项

1.一种基于单光子的不要求经典通信者具备测量能力的半量子对话方法，可实现一个量子通信者和一个经典通信者之间的双向通信；针对外在Eve的主动攻击的安全性是由经典通信者的置乱操作、现有半量子密钥分配方法的完全鲁棒性以及经典一次一密加密来保证；量子通信者对每两个相邻信息单光子的经典基测量使得她与经典通信者共享它们的初态，从而克服信息泄露问题；共包括以下七个过程：S1)量子Alice制备N个随机处于四个量子态{|0>,|1〉,|+〉,|‑〉}之一的单光子并将它们通过块传输的方式传送给经典Bob；其中和N为自然数；S2)为了编码他自己的秘密消息，Bob制备2N个信息单光子处于Z基，其中Z基为正交基{|0〉,|1>}：如果他的秘密经典比特是0，他制备两个相邻的信息单光子处于相同的状态；如果他的秘密经典比特是1，他制备两个相邻的信息单光子处于相反的状态；而且，Bob制备M+2N(M≥N)个样本单光子随机处于Z基，其中M为自然数；Bob选出2N个样本单光子，利用它们与2N个信息单光子一起构成一个量子比特序列在收到来自Alice的N个单光子后，Bob利用它们与剩余的M个样本单光子一起构成一个量子比特序列|φ>；然后，Bob随机从量子比特序列中选出2N个单光子|ψ>；最后，Bob将和|ψ>中的单光子一起重新排序并通过块传输的方式发送给Alice；为方便起见，在|ψ>中，称来自Alice的单光子为CTRL单光子，Bob制备的单光子为SIFT单光子；S3)Bob公布属于|ψ>的单光子的位置；Alice随机用Z基或X基测量|ψ>中的每个单光子，其中X基为正交基{|+>,|‑>}；S4)Bob公布|ψ>中单光子的顺序；与此同时，Alice公布|ψ>中她用Z基测量的位置；Z‑SIFT比特代表Alice用Z基测量STFT单光子所产生的比特；S5)Alice通过比较她的测量结果和她制备的量子态来检查|ψ>中CTRL单光子的错误率；如果Alice在步骤S3选择正确的基测量|ψ>中的CTRL单光子，那么她的测量结果应当与她制备的量子态一样；如果错误率高于某个预定的阈值P_CTRL，她们终止通信；S6)Alice公布|ψ>中Z‑SIFT比特的值；Alice的测量结果应当与Bob制备的量子态一样；Bob检查|ψ>中Z‑SIFT比特的错误率；如果错误率高于某个预定的阈值P_Z‑SIFT，她们终止通信；S7)Alice丢弃属于|ψ>的单光子；Bob公布中的2N个信息单光子的位置和顺序；在Bob宣布它们后，Alice丢弃中的2N个样本单光子并将剩余的2N个信息单光子恢复到原始顺序；然后Alice测量每两个相邻信息单光子以读出Bob的秘密消息；具体地，如果Alice测得每两个相邻信息单光子处于相同的量子态，那么Alice就知道Bob的秘密经典比特是0；如果Alice测得每两个相邻信息单光子处于相反的量子态，那么Alice就知道Bob的秘密经典比特是1；为了将她的秘密消息传送给Bob，Alice根据以下规则执行经典一次一密加密过程并将密文向Bob宣布：如果她测得每两个相邻信息单光子的第二个光子处于量子态|0>以及她的秘密经典比特是0，她向Bob宣布0；如果她测得每两个相邻信息单光子的第二个光子处于量子态|0>以及她的秘密经典比特是1，她向Bob宣布1；如果她测得每两个相邻信息单光子的第二个光子处于量子态|1>以及她的秘密经典比特是0，她向Bob宣布1；如果她测得每两个相邻信息单光子的第二个光子处于量子态|1>以及她的秘密经典比特是1，她向Bob宣布0；根据Alice宣布的密文和他自己制备的所有的每两个相邻信息单光子的第二个光子所代表的经典比特，Bob能直接解密出Alice的秘密消息。